穩健的系統發育假說是生物多樣性和進化研究的基礎,其對於解決分類爭議,理解演化歷程和解析分化模式至關重要。樹蛙科(Rhacophoridae)隸屬於兩棲綱Amphibia、無尾目Anura,多樣性豐富,目前已描述有約19個屬420個物種,廣泛分布於東亞、東南亞、南亞和非洲地區。該類群表現出多樣的性狀差異,因此,該科在生物學的諸多領域受到廣泛關注,是驗證進化假說的理想材料。近些年,基於傳統DNA基因片段數據,樹蛙科的系統發育研究取得了較大進展,但是,爭議和衝突的地方仍然廣泛存在,需開展深入的系統研究。另外,樹蛙科有著兩棲類中最為豐富的繁殖類型,但是,這些繁殖方式是如何演化的,以及與物種多樣性分化的關係,目前並不清楚。
中國科學院昆明動物研究所車靜課題組與美國自然歷史博物館博士Elizabeth Prendini一起,聯合國內外合作者收集了各大陸樹蛙科主要代表類群物種,基於探針雜交富集的高通量測序方法,獲得了352個核基因序列,對樹蛙科進行了首次系統發育基因組學研究。分析顯示,樹蛙科主要支系間的關係得到很好解決,解決了一些分類爭議。基於時間樹,研究人員重建了現生樹蛙科的生物地理歷程。分析顯示,現生樹蛙科起源於亞洲內陸地區,時間點對應於始新世氣候適宜時期,然後輻射到東南亞、南亞、喜馬拉雅山和非洲。類似的時空演化模式在其他類群中也被報導,提示這可能是一個共同模式。
另外,樹蛙科繁殖類型以有序的漸進的方式進行,演化方向是越來越擺脫對水體的依賴。水生繁殖方式是樹蛙科最原始的繁殖特徵,膠狀繁殖方式是水生繁殖方式向陸生繁殖方式轉變的過渡特性。不同的繁殖方式在進化上是保守的,完成樹蛙科繁殖方式的轉變持續約30 Ma,這與傳統的「適應性輻射」模式不符。重要的是,繁殖方式的演化與物種多樣性分布的不均勻緊密相關。分化速率與物種多樣性成正比,越新出現的繁殖類型越陸地化,分化速率也越高。這些結果證實,繁殖類型可能是一個關鍵性狀,促進了樹蛙科的多樣性分化。
該研究通過廣泛的國際合作,使用新的技術和方法,提升了對物種多樣性格局形成模式的認識。研究成果以An integrative phylogenomic approach illuminates the evolutionary history of Old World tree frogs (Anura: Rhacophoridae)為題,發表在Molecular Phylogenetics and Evolution上(文章連結DOI: 10.1016/j.ympev.2019.106724),該論文第一作者為昆明動物所助理研究員陳進民、Elizabeth Prendini和昆明動物所博士研究生吳雲鶴,通訊作者為昆明動物所研究員車靜和西南林業大學副教授袁智勇。
該工作在研究過程中得到國家自然科學基金項目、中科院東南亞中心項目及國際夥伴計劃等的支持。
基於352個核基因構建的樹蛙科物種系統發育關係
樹蛙科物種的生物地理重建
樹蛙科物種繁殖方式的祖先性狀重建
樹蛙科不同繁殖方式的分化速率比較